ถ้าพูดถึงความแตกต่างของการทำงานในเกียร์อัตโนมัติรถยนต์ไฟฟ้า กับเกียร์อัตโนมัติของรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ความแตกต่างหลักๆ ของระบบเกียร์ทั้งสองแบบไม่ได้อยู่ที่การเปลี่ยนเกียร์นิ่มนวลกหรือไม่ ส่งถ่ายอัตราทดได้รวดเร็วหรือไม่ แต่มันแตกต่างกันอย่างชัดเจน ตั้งแต่ขั้นตอนของการคิดค้น วัตถุประสงค์ของการมีเกียร์เพื่อถ่ายเทแรงบิดไปยังเพลาขับ, โครงสร้างเชิงวิศวกรรมของระบบเกียร์ , และหลักการทำงานอย่างสิ้นเชิง
ความแตกต่างชัดเจนในแต่ละมิติ ของเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์สันดาปภายใน
วัตถุประสงค์ของการทดกำลังและจำนวนอัตราทด (Number of Gears)
รถยนต์สันดาป (ICE) มี 6 – 10 สปีด (Multi-speed)
เหตุผลที่เกียร์ออโต้ในรถสันดาปต้องมีหลายอัตราทด เนื่องจากเครื่องยนต์มีรอบการทำงานที่จำกัด มักจะอยู่ช่วง 1,000 – 6,000 รอบต่อนาที และมีช่วงแรงบิดสูงสุด (Torque Band) ที่แคบ เกียร์อัตโนมัติจึงต้องคอยเปลี่ยนอัตราทดไปเรื่อยๆ เพื่อทดรอบให้เครื่องยนต์ทำงานอยู่ในช่วงแรงบิดและกำลังที่ดีที่สุด รวมถึงช่วยทดรอบให้ต่ำลงเวลาขับเร็วเพื่อประหยัดน้ำมัน
รถยนต์ไฟฟ้า เป็นเกียร์อัตราทดเดียว (Single-speed Reducer / Reduction Gear)
เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานได้กว้างมาก ตั้งแต่ 0 จนถึง 15,000 – 20,000+ รอบต่อนาที และให้แรงบิดสูงสุด ตั้งแต่ 0 รอบ ทันทีที่เหยียบคันเร่ง จึงไม่มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนเกียร์ไปมา รถ EV ส่วนใหญ่จึงใช้เพียงชุดเกียร์ทดรอบอัตราทดเดียว หรือ Reduction Gear เพื่อลดรอบหมุนอันมหาศาลของมอเตอร์ลง แล้วส่งถ่ายแรงบิดไปหมุนล้อ
โครงสร้างภายในและชิ้นส่วนเคลื่อนที่ Internal Mechanical Complexity
เกียร์อัตโนมัติในรถยนต์สันดาป ที่ใช้ระบบ Torque Converter / DCT / CVT
ชิ้นส่วนภายในมีความซับซ้อนและมีกลไกละเอียดยิบย่อย ประกอบด้วยชุดเฟืองท้าย Planetary Gear Sets คลัตช์หลายแผ่น Multi-plate Clutches และสมองกลไฮดรอลิก Valve Body สำหรับควบคุมแรงดันน้ำมัน ระบบการเปลี่ยนเกียร์มีการตัด-ต่อกำลังตลอดเวลา ไม่ว่าจะใช้แรงดันน้ำมันไฮดรอลิกหรือชุดคลัตช์ เพื่อสลับอัตราทดให้สัมพันธ์กับรอบเครื่องยนต์ มีขนาดใหญ่และน้ำหนักมาก เฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 70 – 120+ กิโลกรัม
ชุดเกียร์ทดรอบในรถยนต์ไฟฟ้า (EV Reduction Gear)
ชิ้นส่วนภายในเห็นได้อย่างชัดเจนว่า เกียร์อัตโนมัติของรถยนต์ไฟฟ้ามีชิ้นส่วนน้อย ส่วนใหญ่เป็นเฟืองสเปอร์หรือเฟืองเฉียง วางขนานกันไม่กี่ชุดเพื่อทดรอบ ระบบเปลี่ยนเกียร์ไม่มีการตัด-ต่อกำลัง อัตราทดคงที่ตลอดเวลา การเดินหน้าหรือถอยหลังใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์สลับเฟสกระแสไฟฟ้าให้มอเตอร์หมุนกลับทิศทางโดยตรง ส่วนน้ำหนักและขนาด เกียร์ออโต้ของรถยนต์ไฟฟ้า มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบากว่าเกียร์รถน้ำมันอย่างเห็นได้ชัด
การถอยหลังและการสร้างแรงฉุด Reverse & Engine Braking / Regenerative
การถอยหลัง (Reverse)
ในรถสันดาปภายในที่ใช้น้ำมัน ต้องมีชุดเฟืองเกียร์ถอยหลัง หรือ Reverse Gear แยกต่างหากเพื่อกลับทิศทางการหมุนของเพลา
รถไฟฟ้าไม่มีเฟืองเกียร์ถอยหลัง แต่ใช้การส่งสัญญาณกล่องควบคุม (Inverter) สลับเฟสไฟฟ้า ให้มอเตอร์หมุนย้อนกลับ รถไฟฟ้าก็สามารถขับถอยหลังได้ทันที
การหน่วงความเร็ว
รถน้ำมัน:ใช้การลดเกียร์ต่ำลงเพื่อสร้าง Engine Brake จากแรงอัดในกระบอกสูบ
รถไฟฟ้า ใช้ Regenerative Braking โดยเปลี่ยนสภาพมอเตอร์ให้กลายเป็นไดนาโมเจเนอเรเตอร์เพื่อหน่วงรถ และดึงพลังงานกลกลับมาเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าชาร์จลงแบตเตอรี่
ข้อยกเว้น รถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงที่มี เกียร์ 2 สปีด ปัจจุบันมีรถ EV สมรรถนะสูงบางรุ่น เช่น Porsche Taycan, Audi e-tron GT ใส่ เกียร์อัตโนมัติ 2 สปีด ไว้ที่มอเตอร์หลัง
เกียร์ 1 อัตราทดสูง เพื่อเน้นอัตราเร่ง 0-100 กม./ชม. รวดเร็ว การไต่ความเร็วช่วงออกตัวเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
เกียร์ 2 อัตราทดต่ำลง เพื่อทำความเร็วปลาย ได้สูงขึ้น โดยไม่เค้นรอบมอเตอร์จนเกิดความร้อนสะสมสูงเกินไป และช่วยประหยัดแบตเตอรี่เวลาเดินทางไกลด้วยความเร็วสูงมาก
ประสิทธิภาพการถ่ายทอดพลังงาน
ชุดเกียร์ทดรอบอัตราทดเดียวของรถยนต์ไฟฟ้า มีประสิทธิภาพสูงกว่าและเหนือกว่าเกียร์อัตโนมัติของรถสันดาปอย่างเทียบไม่ติด
ประสิทธิภาพการสูญเสียพลังงาน
เกียร์ทดรอบในรถ EV (ประสิทธิภาพสูงถึง 95–98%) เนื่องจากมีเฟืองขบกันแค่ไม่กี่ลูก และไม่มีระบบไฮดรอลิกซับซ้อน แรงบิดจากมอเตอร์หมุนผ่านเฟืองตรงๆ ลงล้อเลย จึงเกิดความร้อนและการสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทาน (Friction Loss) ต่ำ พลังงานไฟฟ้าที่ส่งมาจากแบตเตอรี่แทบทั้งหมดจึงถูกเปลี่ยนเป็นแรงขับเคลื่อนลงถนนได้เกือบจะเต็มเม็ดเต็มหน่วย
เกียร์อัตโนมัติในรถน้ำมัน ประสิทธิภาพอยู่ที่ราวๆ 80–90% ต้องสูญเสียกำลังไปกับหลายปัจจัยมาก ไม่ว่าจะเป็นการตัด-ต่อกำลังในทอร์คคอนเวอร์เตอร์ แรงดันน้ำมันไฮดรอลิกที่ใช้เลี้ยงปั๊มและสมองกล, ความร้อนที่เกิดจากแผ่นคลัตช์ซ้อนหลายชั้น, และความต้านทานของชุดเฟืองหลายสปีด กำลังจากเครื่องยนต์ส่งลงล้อจริงจึงหายไปในระบบเกียร์ค่อนข้างเยอะ
ความทนทานและการบำรุงรักษา
เกียร์ทดรอบในรถ EV เหนือกว่าชัดเจน ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ซับซ้อน ไม่มีชุดคลัตช์ที่ต้องสึกหรอจากการตัดต่อเกียร์ และไม่ต้องใช้น้ำมันเกียร์แรงดันสูง ความร้อนสะสมต่ำมากตลอดการใช้งาน ทำให้โอกาสเกียร์พัง กระตุก หรือต้องยกเกียร์ใหม่ต่ำกว่ารถน้ำมันหลายเท่าตัว
ข้อจำกัดเดียวที่เกียร์รถน้ำมันยังชนะ แต่แพ้เรื่องประสิทธิภาพ ถ้าจะมีจุดเดียวที่เกียร์หลายสปีดของรถน้ำมันทำได้ดีกว่า คือ การจัดสรรช่วงอัตราทดในความเร็วสูงมากๆ รถน้ำมันมีเกียร์ 8–10 สปีด คอยทดรอบเครื่องยนต์ให้ต่ำลงเวลาวิ่ง 140–180 กม./ชม. ส่วนรถ EV เกียร์สปีดเดียว พอวิ่งความเร็วสูงมากๆ มอเตอร์ต้องหมุนจัดระดับ 15,000+ รอบต่อนาที ซึ่งจะเริ่มกินไฟและเกิดความร้อนสูง เป็นสาเหตุที่รถ EV บางรุ่นอย่าง Porsche Taycan ต้องใส่เกียร์ 2 สปีดเข้ามาช่วยในมอเตอร์หลัง
สรุป
ในแง่ ความเรียบง่าย, การสูญเสียพลังงานต่ำ, อัตราเร่งที่ต่อเนื่องไร้การกระตุก, และความทนทาน ชุดเกียร์ทดรอบของรถไฟฟ้า เหนือกว่าเกียร์อัตโนมัติของรถน้ำมันในทุกมิติเชิงวิศวกรรม เกียร์อัตโนมัติในรถน้ำมันมีชิ้นส่วนกลไกซับซ้อนเพื่อถ่ายเทแรงบิดให้เครื่องยนต์ในแต่ละย่านของรอบเครื่องยนต์ ส่วนเกียร์ในรถไฟฟ้าคือ ชุดเฟืองทดรอบที่ส่งแรงบิดจากมอเตอร์ลงล้อตรงๆ โดยอาศัยความฉลาดของการควบคุมกระแสไฟฟ้าเข้ามาแทนที่กลไก.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/